JP2000184622A - Uninterruptible power supply - Google Patents

Uninterruptible power supply

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JP2000184622A
JP2000184622A JP10366042A JP36604298A JP2000184622A JP 2000184622 A JP2000184622 A JP 2000184622A JP 10366042 A JP10366042 A JP 10366042A JP 36604298 A JP36604298 A JP 36604298A JP 2000184622 A JP2000184622 A JP 2000184622A
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Japan
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voltage
converter
input
power supply
output
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Japanese (ja)
Inventor
Mikiya Nohara
幹也 野原
Shigeta Ueda
茂太 上田
Tamahiko Kanouda
玲彦 叶田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make an uninterruptible power supply operate properly in accordance with the condition of input power by setting an output voltage and by letting the power supply have optimum input and output characteristics from the aspects of loss and stable supply of electric power. SOLUTION: Having first and second converters 1, 2, a storage battery 6 and a controlling device 11, this uninterruptible power supply inputs AC power and outputs an AC voltage. The controlling device 11 is set to have three voltage ranges; the first voltage range including a reference voltage of a first lower limit voltage or larger and a first upper limit voltage or smaller, the second voltage range lower than the first lower limit voltage and equal to or larger than a second lower limit voltage, and also higher than the first upper limit voltage and equal to or smaller than the second upper limit voltage, and the third voltage range lower than the second lower limit voltage or higher than the second upper limit voltage. If the input voltage is in the first voltage range, this voltage is directly outputted. If it is in the second one, the second converter 2 compensates the voltage to output the first lower limit voltage or first upper limit voltage. If it is in the third one, the first converter 1 outputs the reference voltage from the storage battery 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、無停電電源装置に
係り、特に、負荷に安定した電力を供給する技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to a technique for supplying stable power to a load.

【0002】[0002]

【従来の技術】無停電電源の回路方式として、電気学会
技術報告第596号「無停電電源システム(UPS)の
動向」(新型電源システム調査専門委員会 1996年
7月発行 No.ISSN 0919−9195)の1
3頁3.3.1項にトライポート方式がある。また、同
3.3.4項に瞬停補償方式がある。さらに、これら2
種類の方式を組み合わせた回路方式として、IEEE
TRANSACTIONS ON POWER ELE
CTRONICS,VOL.13,NO.3,MAY
1998,”A Novel On−Line UPS
with Universal Filterung
Capabilities”の直並列変換器組み合わ
せ方式がある。この回路方式を図9に示す。電源7が正
常なときは、スイッチ3を閉じ、スイッチ12を開い
て、変換器1は電圧制御を行い、蓄電池6に充電し、変
換器2は電流制御を行い、入力電圧の瞬時変動を補償す
る。また、電源7が停電した場合には、スイッチ3を開
いて、変換器1が負荷8に電力を供給する。変換器2等
の装置に故障が起きた場合は、スイッチ3を開き、スイ
ッチ12を閉じて負荷8と装置を切り離す。
2. Description of the Related Art As a circuit system of an uninterruptible power supply, Technical Report No. 596 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, "Trends in Uninterruptible Power Supply Systems (UPS)" (Newly Designed Power Supply System Technical Committee, issued July 1996, No. ISSN 0919-9195) ) 1
There is a triport method on page 3 section 3.3.1. In addition, there is an instantaneous interruption compensation method in the section 3.3.4. Furthermore, these two
IEEE as a circuit system combining various types of systems
TRANSACTIONS ON POWER EL
CTRONICS, VOL. 13, NO. 3, MAY
1998, "A Novel On-Line UPS
with Universal Filterung
Capabilities ”is a combination method of serial-parallel converters. This circuit is shown in FIG. 9. When the power supply 7 is normal, the switch 3 is closed, the switch 12 is opened, the converter 1 performs voltage control, and the storage battery is operated. 6, the converter 2 performs current control to compensate for instantaneous fluctuations in the input voltage, and when the power supply 7 fails, the switch 3 is opened and the converter 1 supplies power to the load 8. If a failure occurs in the device such as the converter 2, the switch 3 is opened and the switch 12 is closed to disconnect the load 8 from the device.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術による無
停電電源装置は、変換器1が負荷8に電力供給を行うの
は電源7が停電したときであり、瞬時電圧変動時は装置
全体容量の10〜20%程度の小容量の変換器2で補償
できる。しかし、電源7の状態が安定で全く変動しない
場合でも、変換器2に電流が流れるため、その分損失が
発生してしまうなどの問題が生じる。
In the uninterruptible power supply according to the prior art, the converter 1 supplies power to the load 8 when the power supply 7 fails, and when the instantaneous voltage fluctuates, the total capacity of the apparatus is reduced. The compensation can be made by the converter 2 having a small capacity of about 10 to 20%. However, even when the state of the power supply 7 is stable and does not fluctuate at all, the current flows through the converter 2, which causes a problem such as a loss.

【0004】本発明の課題は、出力電圧を設定して、損
失、電力の安定供給の面から最適な入出力特性を持た
せ、入力電源の状態に応じて適切な運転を実行する無停
電電源装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply which sets an output voltage to provide optimum input / output characteristics in terms of loss and stable power supply, and performs an appropriate operation according to the state of the input power supply. It is to provide a device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題は、基準電圧を
含み第1の下限電圧以上かつ第1の上限電圧以下である
第1の電圧範囲と、該第1の下限電圧より低くかつ第2
の下限電圧以上であり、また、該第1の上限電圧より高
くかつ第2の上限電圧以下である第2の電圧範囲と、該
第2の下限電圧より低くまたは該第2の上限電圧より高
い第3の電圧範囲を設定し、入力電圧が第1の電圧範囲
であれば、入力電圧を直接出力し、入力電圧が第2の電
圧範囲であれば、第2の変換器により前記入力電圧を補
償して前記第1の下限電圧または前記第1の上限電圧を
出力し、入力電圧が第3の電圧範囲であれば、第1の変
換器により電力貯蔵機構から基準電圧を出力する第1の
運転を実行することによって、解決される。また、基準
電圧を含み第1の下限電圧以上かつ第1の上限電圧以下
である第1の電圧範囲と、該第1の下限電圧より低くか
つ第2の下限電圧以上であり、また、該第1の上限電圧
より高くかつ第2の上限電圧以下である第2の電圧範囲
と、該第2の下限電圧より低くまたは該第2の上限電圧
より高い第3の電圧範囲を設定し、入力電圧が第1の電
圧範囲であれば、第2の変換器により前記入力電圧を補
償して基準電圧を出力し、入力電圧が第2の電圧範囲で
あれば、第2の変換器により前記入力電圧を補償して入
力電圧に比例した電圧を出力し、入力電圧が第3の電圧
範囲であれば、第1の変換器により電力貯蔵機構から基
準電圧を出力する第2の運転を実行することによって、
解決される。ここで、入力を開閉する第1のスイッチ
と、第2の変換器をバイパスして入力と出力を直接接続
するバイパス回路と、第2の変換器と該バイパス回路を
切り替える第2のスイッチと、入力電圧と出力電圧を検
出する検出器を有すると共に、第1の変換器は入力或い
は出力と並列に接続し、第2の変換器は出力或いは入力
と直列に接続し、電力貯蔵機構は第1の変換器と第2の
変換器の直流側に接続し、制御装置は、検出器の出力を
入力して第1、第2の変換器と第1、第2のスイッチを
制御し、第1のスイッチを閉じて第2のスイッチをバイ
パス回路側に投入して入力電圧を直接出力する第1の回
路形態と、第1のスイッチを閉じて第2のスイッチを第
2の変換器側に投入し、入力電圧と第2の変換器の合成
電圧を出力する第2の回路形態と、第1のスイッチを開
いて第1の変換器の電圧を出力する第3の回路形態を形
成する。
The object of the present invention is to provide a first voltage range that includes a reference voltage and is equal to or higher than a first lower limit voltage and equal to or lower than a first upper limit voltage, and a second voltage range that is lower than the first lower limit voltage and equal to or lower than a second lower limit voltage.
And a second voltage range that is higher than the first upper limit voltage and lower than or equal to the second upper limit voltage, and lower than the second lower limit voltage or higher than the second upper limit voltage. A third voltage range is set. If the input voltage is the first voltage range, the input voltage is directly output. If the input voltage is the second voltage range, the input voltage is converted by the second converter. Compensating and outputting the first lower limit voltage or the first upper limit voltage, and if the input voltage is in a third voltage range, the first converter outputs a reference voltage from the power storage mechanism by the first converter. It is solved by performing the operation. A first voltage range that includes a reference voltage and is equal to or higher than a first lower limit voltage and equal to or lower than a first upper limit voltage; a first voltage range that is lower than the first lower limit voltage and equal to or higher than a second lower limit voltage; Setting a second voltage range higher than the first upper limit voltage and equal to or lower than the second upper limit voltage, and a third voltage range lower than the second lower limit voltage or higher than the second upper limit voltage; Is a first voltage range, the input voltage is compensated by a second converter and a reference voltage is output. If the input voltage is in a second voltage range, the input voltage is compensated by a second converter. By performing a second operation of outputting a reference voltage from the power storage mechanism by the first converter if the input voltage is in the third voltage range. ,
Will be resolved. A first switch that opens and closes the input, a bypass circuit that bypasses the second converter and directly connects the input and the output, a second switch that switches the second converter and the bypass circuit, A first converter is connected in parallel with the input or output, a second converter is connected in series with the output or input, and a power storage mechanism is connected to the first input or output. And the control device inputs the output of the detector to control the first and second converters and the first and second switches, and A first circuit configuration in which the first switch is closed and the second switch is turned on to the bypass circuit side to directly output the input voltage, and a first switch is closed and the second switch is turned on in the second converter side And a second circuit configuration for outputting a combined voltage of the input voltage and the second converter; Forming a third circuit configured to output a voltage of the first converter by opening the first switch.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態による無
停電電源装置を示す。入力には交流電源7を接続し、出
力に負荷8を接続して電力を供給する。交流/直流を順
逆変換可能な変換器1と変換器2があり、変換器1は出
力と並列に接続し、変換器2は入力と直列に接続する。
スイッチ3は入力を開閉する。スイッチ4は変換器2と
バイパス回路5とを切り替える。変換器1と変換器2の
直流側は蓄電池6に接続する。それぞれ検出器9、10
は入力電圧Vinと出力電圧Voutを検出し、制御装
置11に入力する。制御装置11は変換器1、2および
スイッチ3、4を制御する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention. An AC power supply 7 is connected to the input, and a load 8 is connected to the output to supply power. There are a converter 1 and a converter 2 which can convert AC / DC into forward and reverse. The converter 1 is connected in parallel with the output, and the converter 2 is connected in series with the input.
The switch 3 opens and closes an input. The switch 4 switches between the converter 2 and the bypass circuit 5. The DC side of converter 1 and converter 2 is connected to storage battery 6. Detectors 9, 10 respectively
Detects the input voltage Vin and the output voltage Vout and inputs them to the control device 11. The control device 11 controls the converters 1 and 2 and the switches 3 and 4.

【0007】次に、図1の無停電電源装置における第1
の運転について説明する。この第1の運転における入力
電圧と出力電圧の関係を図2に示す。制御装置11は入
力電源の検出値を入力して実効値Vinを計算する。V
inがVL1≦Vin≦VH1であれば、スイッチ3を
閉じ、スイッチ4をバイパス回路5側に投入する。この
時無停電電源装置は、入力電圧を直接出力する商用給電
運転を行う。商用給電運転では変換器2は停止する。変
換器1は蓄電池6の電圧が放電状態では蓄電池6に充電
する。蓄電池6が充電状態では電力授受をしない無負荷
運転をするか、停止する。VinがVL2≦Vin<V
L1またはVH1<Vin≦VH2であれば、スイッチ
3を閉じ、スイッチ4を変換器2側に投入する。この時
無停電電源装置は、入力電源と変換器2の合成電圧を出
力する補償運転を行う。補償運転時には出力電圧の実効
値Voutを、Vin<VL1の時はVL1、Vin>
VH1の時はVH1になるように変換器2の出力電圧を
制御する(なお、補償運転しない時の実効値Voutは
図2の破線になる。)。補償運転時に、変換器1は変換
器2に電力を供給する。VinがVin<VL2または
Vin>VH2であれば、スイッチ3を開き、変換器1
の電圧を出力するバックアップ運転を行う。バックアッ
プ運転では変換器2は停止する。ここで、VL1は出力
電圧許容値の下限値、VH1は上限値である。出力電圧
許容値が基準電圧Vbの±10%であれば、VL1は
0.9Vbであり、VH1は1.1Vbとなる。VL
2、VH2は変換器2の容量で決まる電圧である。無停
電電源装置の容量100に対して変換器2の容量を10
に設計すれば、VL2は0.8Vbであり、VH2は
1.2Vbとなる。第1の運転では、入力電圧が許容値
内であれば、損失を殆ど発生しない。蓄電池6が充電状
態の時に変換器1を停止すれば、損失はさらに小さくな
る。また、入力電圧の変動が変換器2の容量以下であれ
ば、補償運転により無停電電源装置容量より小さい容量
の変換器2で電圧補償を行うため、損失が小さくてす
み、さらに、蓄電池6から電力供給せず、変換器1から
電力供給するため、長時間の安定した電力供給ができ
る。
Next, in the uninterruptible power supply of FIG.
Will be described. FIG. 2 shows the relationship between the input voltage and the output voltage in the first operation. The control device 11 inputs the detected value of the input power and calculates the effective value Vin. V
If in is VL1 ≦ Vin ≦ VH1, the switch 3 is closed and the switch 4 is turned on to the bypass circuit 5 side. At this time, the uninterruptible power supply performs a commercial power supply operation for directly outputting the input voltage. In commercial power supply operation, converter 2 stops. Converter 1 charges storage battery 6 when the voltage of storage battery 6 is discharged. When the storage battery 6 is in a charged state, the storage device 6 performs a no-load operation without power transfer or stops. Vin is VL2 ≦ Vin <V
If L1 or VH1 <Vin ≦ VH2, the switch 3 is closed and the switch 4 is turned on to the converter 2 side. At this time, the uninterruptible power supply performs a compensation operation of outputting a combined voltage of the input power and the converter 2. At the time of the compensation operation, the effective value Vout of the output voltage is set to VL1, Vin> when Vin <VL1.
At the time of VH1, the output voltage of the converter 2 is controlled so as to be VH1 (the effective value Vout when the compensation operation is not performed is indicated by a broken line in FIG. 2). During compensation operation, converter 1 supplies power to converter 2. If Vin is Vin <VL2 or Vin> VH2, switch 3 is opened and converter 1
Backup operation to output the voltage of In the backup operation, converter 2 stops. Here, VL1 is a lower limit value of the output voltage allowable value, and VH1 is an upper limit value. If the allowable output voltage is ± 10% of the reference voltage Vb, VL1 is 0.9 Vb and VH1 is 1.1 Vb. VL
2, VH2 is a voltage determined by the capacity of the converter 2. Change the capacity of the converter 2 to 10 with respect to the capacity of the
VL2 is 0.8 Vb and VH2 is 1.2 Vb. In the first operation, if the input voltage is within the allowable value, almost no loss occurs. If the converter 1 is stopped when the storage battery 6 is in a charged state, the loss is further reduced. If the fluctuation of the input voltage is equal to or less than the capacity of the converter 2, the voltage compensation is performed by the converter 2 having a capacity smaller than the capacity of the uninterruptible power supply by the compensation operation. Since power is supplied from the converter 1 without supplying power, stable power supply can be performed for a long time.

【0008】次に、図1の無停電電源装置における第2
の運転について説明する。この第2の運転における入力
電圧と出力電圧の関係を図3に示す。制御装置11は入
力電源の検出値を入力して実効値Vinを計算する。V
inがVL2≦Vin≦VH2であれば、スイッチ3を
閉じ、スイッチ4を変換器2側に投入する。この時無停
電電源装置は、入力電源と変換器2の合成電圧を出力す
る補償運転を行う。補償運転時には出力電圧の実効値V
outを基準電圧Vbになるように変換器2の出力電圧
を制御する。しかし、変換器2の容量により、Vin<
VL1またはVin>VH1の時にはVinに比例した
Voutを出力するように変換器2の出力電圧を制御す
る(なお、補償運転しない時の実効値Voutは図3の
破線になる。)。補償運転時に変換器1は変換器2に電
力を供給する。VinがVin<VL2またはVin>
VH2であれば、スイッチ3を開き、変換器1の電圧を
出力するバックアップ運転を行う。バックアップ運転で
は変換器2は停止する。ここで、VL1、VH1及びV
L2、VH2は出力電圧の許容値と変換器2の容量で決
まる電圧である。無停電電源装置の容量100に対して
変換器2の容量を10に設計すれば、VL1は0.9V
bであり、VH1は1.1Vbとなる。さらに、出力電
圧許容値が基準電圧Vbの±10%であれば、VL2は
0.8Vbであり、VH2は1.2Vbとなる。第2の
運転では、入力電圧の変動が変換器2の容量以下であれ
ば、補償運転により出力電圧を一定にできる。入力電圧
の変動が変換器2の容量より大きくなっても、出力電圧
が許容値にできれば、補償運転を行うことにより、無停
電電源装置容量より小さい容量の変換器2で電圧補償を
行うため、損失が小さくてすみ、さらに、蓄電池6から
電力供給せず、変換器1から電力供給するため、長時間
の安定した電力供給ができる。
[0008] Next, in the uninterruptible power supply of FIG.
Will be described. FIG. 3 shows the relationship between the input voltage and the output voltage in the second operation. The control device 11 inputs the detected value of the input power and calculates the effective value Vin. V
If in is VL2 ≦ Vin ≦ VH2, the switch 3 is closed and the switch 4 is turned on to the converter 2 side. At this time, the uninterruptible power supply performs a compensation operation of outputting a combined voltage of the input power and the converter 2. During compensation operation, the effective value V of the output voltage
The output voltage of the converter 2 is controlled so that out becomes the reference voltage Vb. However, due to the capacity of the converter 2, Vin <
When VL1 or Vin> VH1, the output voltage of the converter 2 is controlled so as to output Vout proportional to Vin (the effective value Vout when no compensation operation is performed is indicated by a broken line in FIG. 3). Converter 1 supplies power to converter 2 during compensation operation. Vin is Vin <VL2 or Vin>
If it is VH2, the switch 3 is opened and the backup operation for outputting the voltage of the converter 1 is performed. In the backup operation, converter 2 stops. Here, VL1, VH1 and V
L2 and VH2 are voltages determined by the allowable value of the output voltage and the capacity of the converter 2. If the capacity of the converter 2 is designed to be 10 with respect to the capacity 100 of the uninterruptible power supply, VL1 becomes 0.9V.
b, and VH1 becomes 1.1 Vb. Further, if the allowable output voltage is ± 10% of the reference voltage Vb, VL2 is 0.8 Vb and VH2 is 1.2 Vb. In the second operation, if the fluctuation of the input voltage is equal to or less than the capacity of the converter 2, the output voltage can be made constant by the compensation operation. Even if the fluctuation of the input voltage is larger than the capacity of the converter 2, if the output voltage can be set to an allowable value, the voltage is compensated by the converter 2 having a capacity smaller than the capacity of the uninterruptible power supply by performing the compensation operation. Since the loss can be small, and the power is supplied from the converter 1 without supplying the power from the storage battery 6, stable power supply can be performed for a long time.

【0009】次に、図4は、本発明における制御装置の
ブロック図であり、第1の運転と第2の運転を切り替え
て運転する第3の運転を図5を用いて説明する。実効値
検出器111は入力電圧の実効値Vinを計算する。コ
ンパレータ1121はVinとVH1を入力し、Vin
≧VH1なら、”1”出力、Vin<VH1なら、”
0”出力する。コンパレータ1122はVinとVL1
を入力し、Vin≦VL1なら、”1”出力、Vin>
VL1なら、”0”出力する。OR回路1123はコン
パレータ1121と1122の論理和をとり、Vinが
VL1≦Vin≦VH1の範囲からはずれたら、”1”
を出力する。リセットパルス発生器1124は周期ta
のリセットパルスを発生する。カウンタ1125は11
23の出力パルスの立ち上がりまたは立ち下がりをカウ
ントして、リセットパルス発生器1124のリセットパ
ルスによりta時間内のカウント値を得る。カウンタ1
125ではta時間内のカウント値から電圧変動の頻度
を判定し、この頻度が所定値以上のとき、第1の運転か
ら第2の運転に切り替える。第3の運転では、taを充
分長く選択することで、入力電圧が変動しない安定した
状態では、低損失な運転(第1の運転)ができ、VL1
やVH1の付近で変動を繰り返す不安定な場合に、商用
給電運転と補償運転を頻繁に切り替えることのない運転
(第2の運転)をして、安定した出力が得られるという
ように、入力電圧の状態に応じた最適な運転を提供する
ことができる。
Next, FIG. 4 is a block diagram of a control device according to the present invention, and a third operation in which the first operation and the second operation are switched and operated will be described with reference to FIG. The effective value detector 111 calculates the effective value Vin of the input voltage. The comparator 1121 inputs Vin and VH1, and Vin
If ≧ VH1, “1” output; if Vin <VH1, “1” output
The comparator 1122 outputs Vin and VL1.
And if Vin ≦ VL1, “1” output, Vin>
If it is VL1, it outputs "0". The OR circuit 1123 takes the logical sum of the comparators 1121 and 1122, and when Vin deviates from the range of VL1 ≦ Vin ≦ VH1, “1”.
Is output. The reset pulse generator 1124 has a period ta.
Generates a reset pulse. The counter 1125 is 11
The rise or fall of the output pulse 23 is counted, and the count value within the ta time is obtained by the reset pulse of the reset pulse generator 1124. Counter 1
At 125, the frequency of voltage fluctuation is determined from the count value within the ta time, and when the frequency is equal to or more than a predetermined value, the first operation is switched to the second operation. In the third operation, by selecting ta sufficiently long, a low-loss operation (first operation) can be performed in a stable state in which the input voltage does not fluctuate, and VL1
In the case of unstable operation that repeatedly fluctuates in the vicinity of VH1 or VH1, an operation (second operation) that does not frequently switch between the commercial power supply operation and the compensation operation is performed so that a stable output is obtained. It is possible to provide an optimum operation according to the state of the vehicle.

【0010】次に、図6は、本発明における制御装置の
他のブロック図であり、判定電圧VL1、VH1または
VL2、VH2を変更する第4の運転を図7を用いて説
明する。実効値検出器111は入力電圧の実効値Vin
を計算する。コンパレータ1131はVinとVH2を
入力し、Vin≧VH2なら、”1”出力、Vin<V
H2なら、”0”出力する。コンパレータ1132はV
inとVL2を入力し、Vin≦VL2なら、”1”出
力、Vin>VL2なら、”0”出力する。リセットパ
ルス発生器1133は周期tbのリセットパルスを発生
する。カウンタ1134はコンパレータ1131の出力
の立ち上がりまたは立ち下がりをカウントして、リセッ
トパルス発生器1133のリセットパルスによりtb時
間内のカウント値を得る。カウンタ1135はコンパレ
ータ1132の出力の立ち上がりまたは立ち下がりをカ
ウントして、リセットパルス発生器1133のリセット
パルスによりtb時間内のカウント値を得る。カウンタ
1134、1135はtb時間内のカウント値から電圧
変動の頻度を判定し、それぞれ判定電圧VH2、VL2
を変える手段1136、1137に指令を与える。VH
2を変える変更手段1136、VL2を変える変更手段
1137ではカウンタ1134、1135の指令に応じ
て、それぞれVH2、VL2を変えて補償運転の範囲を
広げる。変換器2の容量から補償運転の範囲を広げられ
ない場合は、出力電流を制限して無停電電源装置の出力
容量を小さくして、電圧の出力範囲を広げる。例えば、
装置の定格が1kW/100V、変換器2の容量が10
0W/10Vであるとすると、変換器2による電圧補償
は±10Vであるが、出力電流10Aのところ、5Aに
制限することで変換器2による電圧補償を±20Vまで
広げる。なお、図6、図7は第1の運転による場合であ
るが、第2の運転の時はVL1、VH1を変える。第4
の運転では、入力電圧がVL2やVH2の付近、また
は、VL1やVH1の付近で変動を繰り返す不安定な場
合に、補償運転の範囲を広げ、頻繁にバックアップ運転
に切り替わって蓄電池6が放電してしまうことを防ぐ。
FIG. 6 is another block diagram of the control device according to the present invention. A fourth operation for changing the judgment voltages VL1, VH1 or VL2, VH2 will be described with reference to FIG. The effective value detector 111 detects the effective value Vin of the input voltage.
Is calculated. The comparator 1131 inputs Vin and VH2, and if Vin ≧ VH2, outputs “1” and Vin <V
If it is H2, "0" is output. The comparator 1132 has V
In and VL2 are input. If Vin ≦ VL2, “1” is output, and if Vin> VL2, “0” is output. The reset pulse generator 1133 generates a reset pulse having a period tb. The counter 1134 counts the rise or fall of the output of the comparator 1131 and obtains a count value within the time tb by the reset pulse of the reset pulse generator 1133. The counter 1135 counts the rise or fall of the output of the comparator 1132, and obtains a count value within the time tb by the reset pulse of the reset pulse generator 1133. The counters 1134 and 1135 determine the frequency of voltage fluctuation from the count value within the time tb, and determine the determination voltages VH2 and VL2, respectively.
Are given to the means 1136 and 1137 for changing. VH
The changing means 1136 for changing 2 and the changing means 1137 for changing VL2 change VH2 and VL2 according to the commands of the counters 1134 and 1135, respectively, to extend the range of the compensation operation. If the range of the compensation operation cannot be expanded from the capacity of the converter 2, the output current is limited to reduce the output capacity of the uninterruptible power supply, thereby expanding the voltage output range. For example,
The rating of the device is 1 kW / 100 V, and the capacity of the converter 2 is 10
Assuming that the voltage is 0 W / 10 V, the voltage compensation by the converter 2 is ± 10 V, but the voltage compensation by the converter 2 is expanded to ± 20 V by limiting the output current to 10 A at 10 A. 6 and 7 show the case of the first operation, but VL1 and VH1 are changed in the second operation. 4th
In the operation of, when the input voltage repeatedly fluctuates near VL2 or VH2 or near VL1 or VH1, the range of the compensation operation is widened, the mode is frequently switched to the backup operation, and the storage battery 6 discharges. Prevent it from getting lost.

【0011】図8は、図1における変換器1および変換
器2を制御する具体例である。半導体スイッチング素子
101、102、103、104を用いたフルブリッジ
回路である。105、106、107、108は還流ダ
イオード、109は直流平滑コンデンサ、6は蓄電池で
ある。1141は電圧指令値である変調波を出力する手
段であり、振幅0〜1の変調波を出力する。1142は
搬送波を出力する手段である。搬送波は振幅1で任意の
周波数の三角波である。コンパレータ1143は変調波
と搬送波の大小比較を行い。(変調波)≧(搬送波)の
ときは”1”を、(変調波)<(搬送波)のときは”
0”を出力する。1144は反転回路である。13、1
4は半導体スイッチング素子の駆動回路であり、入力
が”1”のときはオン、”0”のときはオフする駆動信
号を出力する。駆動回路13は101と104を、駆動
回路14は102と103を駆動する。また、駆動回路
13、14はオンのタイミングを遅らせ、101と10
2および103と104が同時にオンしないようにする
デッドタイム作成機能を有する。
FIG. 8 is a specific example for controlling the converter 1 and the converter 2 in FIG. This is a full bridge circuit using the semiconductor switching elements 101, 102, 103, 104. Reference numerals 105, 106, 107, and 108 denote reflux diodes, 109 denotes a DC smoothing capacitor, and 6 denotes a storage battery. Reference numeral 1141 denotes a unit that outputs a modulated wave that is a voltage command value, and outputs a modulated wave having an amplitude of 0 to 1. 1142 is a means for outputting a carrier wave. The carrier is a triangular wave having an amplitude of 1 and an arbitrary frequency. The comparator 1143 compares the magnitude of the modulated wave with the carrier. “1” when (modulated wave) ≧ (carrier), “1” when (modulated wave) <(carrier)
0 "is output. 1144 is an inverting circuit.
Reference numeral 4 denotes a drive circuit for the semiconductor switching element, which outputs a drive signal that turns on when the input is "1" and turns off when the input is "0". The drive circuit 13 drives 101 and 104, and the drive circuit 14 drives 102 and 103. Further, the drive circuits 13 and 14 delay the ON timing, and
2 and 103 and 104 have a dead time creation function to prevent them from turning on at the same time.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
損失、電力の安定供給の面から最適な入出力特性を持た
せることにより、入力電圧の変動が無ければ、入力電圧
を直接出力して損失の殆どない運転を行い、また、電圧
変動が小さければ、補償運転を行い、容量の小さな第2
の変換器によって電圧補償するので、損失の小さな運転
を行うことができる。また、入力電圧を監視して無停電
電源装置の運転状態を切り替えるので、入力電源の状態
に応じた最適な運転を行うことができる。さらに、頻繁
にバックアップ運転に切り替わるような電源状態では、
電圧補償の運転範囲を広げるので、電力貯蔵機構の放電
を抑え、寿命を延ばすことが可能となる。
As described above, according to the present invention,
By providing optimal input / output characteristics in terms of loss and stable power supply, if there is no change in input voltage, the input voltage is directly output to perform operation with almost no loss, and if the voltage change is small, , Perform compensating operation, and use a small capacity second
, The voltage is compensated by the converter, so that operation with small loss can be performed. Further, since the operation state of the uninterruptible power supply is switched by monitoring the input voltage, it is possible to perform an optimal operation according to the state of the input power supply. Furthermore, in a power supply state where the operation frequently switches to the backup operation,
Since the operating range of the voltage compensation is widened, it is possible to suppress the discharge of the power storage mechanism and extend the life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による無停電電源装置FIG. 1 shows an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の運転による無停電電源装置の入
出力特性を示す図
FIG. 2 is a diagram showing input / output characteristics of the uninterruptible power supply according to the first operation of the present invention.

【図3】本発明の第2の運転による無停電電源装置の入
出力特性を示す図
FIG. 3 is a diagram showing input / output characteristics of an uninterruptible power supply according to a second operation of the present invention.

【図4】本発明における制御装置のブロック図FIG. 4 is a block diagram of a control device according to the present invention.

【図5】図4の動作(第3の運転)を説明する図FIG. 5 is a view for explaining the operation of FIG. 4 (third operation);

【図6】本発明における制御装置の他のブロック図FIG. 6 is another block diagram of the control device according to the present invention.

【図7】図6の動作(第4の運転)を説明する図FIG. 7 is a view for explaining the operation of FIG. 6 (fourth operation);

【図8】変換器とその制御を説明する図FIG. 8 illustrates a converter and its control.

【図9】従来の直並列変換器組み合わせ方式の無停電電
源を説明する図
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional uninterruptible power supply of a series-parallel converter combination type;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の変換器、2…第2の変換器、3…第1のスイ
ッチ、4…第2のスイッチ、5…バイパス回路、6…蓄
電池、7…入力電源、8…負荷、9、10…電圧検出器 11…制御装置、111…実効値検出器、1121、1
122…コンパレータ、1123…OR回路、1124
…リセットパルス発生器、1125…カウンタ、113
1、1132…コンパレータ、1133…リセットパル
ス発生器、1134、1135…カウンタ、1136…
VH2を変える変更手段、1137…VL2を変える変
更手段 12…スイッチ、13、14…半導体スイッチング素子
の駆動回路、1141…変調波を出力する手段、114
2…搬送波を出力する手段、1143…コンパレータ、
1144…反転回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st converter, 2 ... 2nd converter, 3 ... 1st switch, 4 ... 2nd switch, 5 ... Bypass circuit, 6 ... Storage battery, 7 ... Input power supply, 8 ... Load, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Voltage detector 11 ... Control device, 111 ... Effective value detector, 1121, 1
122 ... comparator, 1123 ... OR circuit, 1124
... Reset pulse generator, 1125 ... Counter, 113
1, 1132 ... Comparator, 1133 ... Reset pulse generator, 1134, 1135 ... Counter, 1136 ...
Changing means for changing VH2, 1137 ... Changing means for changing VL2 12 ... Switch, 13, 14 ... Driver circuit for semiconductor switching element, 1141 ... Means for outputting modulated wave, 114
2 means for outputting a carrier wave, 1143 ... a comparator,
1144 ... inverting circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 Fターム(参考) 5G015 FA08 GA06 HA04 HA15 JA05 JA24 JA34 JA52  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Reiko Kanoda 3-1-1 Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki F-term in Hitachi Plant, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 5G015 FA08 GA06 HA04 HA15 JA05 JA24 JA34 JA52

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1と第2の変換器、電力貯蔵機構およ
び制御装置を有し、交流電源を入力とし、交流電圧を出
力する無停電電源装置において、前記制御装置に、基準
電圧を含み第1の下限電圧以上かつ第1の上限電圧以下
である第1の電圧範囲と、該第1の下限電圧より低くか
つ第2の下限電圧以上であり、また、該第1の上限電圧
より高くかつ第2の上限電圧以下である第2の電圧範囲
と、該第2の下限電圧より低くまたは該第2の上限電圧
より高い第3の電圧範囲を設定し、入力電圧が前記第1
の電圧範囲であれば、該入力電圧を直接出力し、前記入
力電圧が前記第2の電圧範囲であれば、前記第2の変換
器により前記入力電圧を補償して前記第1の下限電圧ま
たは前記第1の上限電圧を出力し、前記入力電圧が前記
第3の電圧範囲であれば、前記第1の変換器により前記
電力貯蔵機構から基準電圧を出力する第1の運転を実行
することを特徴とする無停電電源装置。
1. An uninterruptible power supply having first and second converters, a power storage mechanism, and a control device, receiving an AC power supply and outputting an AC voltage, wherein the control device includes a reference voltage. A first voltage range that is equal to or higher than the first lower limit voltage and equal to or lower than the first upper limit voltage, and lower than the first lower limit voltage and equal to or higher than the second lower limit voltage, and higher than the first upper limit voltage; A second voltage range that is equal to or lower than a second upper limit voltage and a third voltage range that is lower than the second lower limit voltage or higher than the second upper limit voltage;
If the input voltage is in the second voltage range, the input voltage is compensated for by the second converter and the first lower limit voltage or Performing the first operation of outputting the first upper limit voltage and outputting the reference voltage from the power storage mechanism by the first converter when the input voltage is in the third voltage range. Uninterruptible power supply characterized.
【請求項2】 第1と第2の変換器、電力貯蔵機構およ
び制御装置を有し、交流電源を入力とし、交流電圧を出
力する無停電電源装置において、前記制御装置に、基準
電圧を含み第1の下限電圧以上かつ第1の上限電圧以下
である第1の電圧範囲と、該第1の下限電圧より低くか
つ第2の下限電圧以上であり、また、該第1の上限電圧
より高くかつ第2の上限電圧以下である第2の電圧範囲
と、該第2の下限電圧より低くまたは該第2の上限電圧
より高い第3の電圧範囲を設定し、入力電圧が前記第1
の電圧範囲であれば、前記第2の変換器により前記入力
電圧を補償して基準電圧を出力し、前記入力電圧が前記
第2の電圧範囲であれば、前記第2の変換器により前記
入力電圧を補償して前記入力電圧に比例した電圧を出力
し、前記入力電圧が前記第3の電圧範囲であれば、前記
第1の変換器により前記電力貯蔵機構から基準電圧を出
力する第2の運転を実行することを特徴とする無停電電
源装置。
2. An uninterruptible power supply device having first and second converters, a power storage mechanism, and a control device, receiving an AC power supply and outputting an AC voltage, wherein the control device includes a reference voltage. A first voltage range that is equal to or higher than the first lower limit voltage and equal to or lower than the first upper limit voltage, and lower than the first lower limit voltage and equal to or higher than the second lower limit voltage, and higher than the first upper limit voltage; A second voltage range that is equal to or lower than a second upper limit voltage and a third voltage range that is lower than the second lower limit voltage or higher than the second upper limit voltage;
If the input voltage is within the second voltage range, the input voltage is compensated by the second converter to output a reference voltage. If the input voltage is within the second voltage range, the input voltage is input by the second converter. Outputting a voltage proportional to the input voltage by compensating for the voltage, and outputting a reference voltage from the power storage mechanism by the first converter if the input voltage is in the third voltage range. An uninterruptible power supply that performs operation.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
入力電圧の変動を監視し、前記第1の電圧範囲と前記第
2の電圧範囲とをまたがって変動する回数が規定時間内
において規定回数より小さければ、前記第1の運転を実
行し、前記変動する回数が前記規定時間内において前記
規定回数以上であれば、前記第2の運転を実行するよう
に運転を切り替えることを特徴とする無停電電源装置。
3. The method according to claim 1, wherein a change in the input voltage is monitored, and the number of times of the change over the first voltage range and the second voltage range is a specified number within a specified time. If it is smaller, the first operation is executed, and if the number of times of the change is equal to or more than the specified number within the specified time, the operation is switched so as to execute the second operation. Blackout power supply.
【請求項4】 請求項1または請求項2において、前記
入力電圧の変動を監視し、前記第2の電圧範囲と前記第
3の電圧範囲をまたがって変動する回数が規定時間内に
おいて規定回数以上であれば、前記第1、第2の下限電
圧および前記第1、第2の上限電圧の全て或いは一部を
変更することを特徴とする無停電電源装置。
4. The method according to claim 1, wherein a change in the input voltage is monitored, and the number of times of change over the second voltage range and the third voltage range is equal to or more than a specified number within a specified time. Then, all or part of the first and second lower limit voltages and the first and second upper limit voltages are changed.
【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかにおい
て、入力を開閉する第1のスイッチと、前記第2の変換
器をバイパスして入力と出力を直接接続するバイパス回
路と、前記第2の変換器と該バイパス回路を切り替える
第2のスイッチと、入力電圧と出力電圧を検出する検出
器を有すると共に、前記第1の変換器は入力或いは出力
と並列に接続し、前記第2の変換器は出力或いは入力と
直列に接続し、前記電力貯蔵機構は前記第1の変換器と
前記第2の変換器の直流側に接続し、前記制御装置は、
前記検出器の出力を入力して前記第1、第2の変換器と
前記第1、第2のスイッチを制御し、前記第1のスイッ
チを閉じて前記第2のスイッチを前記バイパス回路側に
投入して前記入力電圧を直接出力する第1の回路形態
と、前記第1のスイッチを閉じて前記第2のスイッチを
前記第2の変換器側に投入し、前記入力電圧と前記第2
の変換器の合成電圧を出力する第2の回路形態と、前記
第1のスイッチを開いて前記第1の変換器の電圧を出力
する第3の回路形態を形成することを特徴とする無停電
電源装置。
5. The circuit according to claim 1, wherein a first switch for opening and closing an input, a bypass circuit for directly connecting an input and an output by bypassing the second converter, and And a second switch for switching between the two converters and the bypass circuit, and a detector for detecting an input voltage and an output voltage, wherein the first converter is connected in parallel with an input or an output, and The converter is connected in series with an output or an input, the power storage mechanism is connected to the DC side of the first converter and the second converter, and the control device is:
Controlling the first and second converters and the first and second switches by inputting the output of the detector, closing the first switch, and moving the second switch to the bypass circuit side A first circuit configuration that is turned on to directly output the input voltage, and a first switch that is closed and the second switch is turned on to the second converter, and the input voltage and the second
An uninterruptible power supply, wherein a second circuit configuration for outputting a combined voltage of the converters and a third circuit configuration for outputting the voltage of the first converter by opening the first switch are formed. Power supply.
【請求項6】 請求項5において、前記第1の変換器と
前記第2の変換器をPWM制御によって電圧制御するこ
とを特徴とする無停電電源装置。
6. The uninterruptible power supply according to claim 5, wherein the voltage of the first converter and the second converter is controlled by PWM control.
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